圆柱齿轮的加工工艺

圆柱齿轮的加工工艺

一、齿轮的技术要求

圆柱齿轮是机械传动中应用极为广泛的零件之一，其功用是按规定的速比传递

运动和动力。

1圆柱齿轮的结构特点

齿轮尽管由于它们在机器中的功用不同而设计成不同的形状和尺寸，但总是可以把它们划分为齿圈和轮体两个部分。常见的圆柱齿轮有以下几类(图6-15)：盘类齿轮、套类齿轮、内齿轮、轴类齿轮、扇形齿轮、齿条(即齿圈半径无限大的圆拄齿

图5－24 圆柱齿轮的结构形式

轮)。其中盘类齿轮应用最广。

一个圆柱齿轮可以有一个或多个齿圈。普通的单齿圈齿轮工艺性好；而双联或三联齿轮

的小齿圈往往会受到台肩的影响，限制了某些加工方法的使用，一般只能采用插齿。如果齿

轮精度要求高，需要剃齿或磨齿时，通常将多齿圈齿轮做成单齿圈齿轮的组合结构。

2圆柱齿轮的精度要求

齿轮本身的制造精度，对整个机器的工作性能、承载能力及使用寿命都有很大影响。根据齿轮的使用条件，对齿轮传动提出以下几方面的要求：

⑴运动精度

要求齿轮能准确地传递运动，传动比恒定，即要求齿轮在一转中，转角误差不超过一定范围。

⑵工作平稳性

要求齿轮传递运动平稳，冲击、振动和噪声要小。这就要求限制齿轮转动时瞬时速比的

变化要小，也就是要限制短周期内的转角误差。

⑶接触精度

齿轮在传递动力时，为了不致因载荷分布不均匀使接触应力过大，引起齿面过早磨损，这就要求齿轮工作时齿面接触要均匀，并保证有一定的接触面积和符合要求的接触位置。

⑷齿侧间隙

要求齿轮传动时，非工作齿面间留有一定间隙，以储存润滑油，补偿因温度、弹性变形

所引起的尺寸变化和加工、装配时的一些误差。

二、齿轮的材料、热处理和毛坯

⑴材料的选择

齿轮应按照使用的工作条件选用合适的材料。齿轮材料的选择对齿轮的加工性能和使用

寿命都有直接的影响。

一般齿轮选用中碳钢(如45钢)和低、中碳合金钢，如20Cr、40Cr、20CrMnTi

等。

要求较高的重要齿轮可选用38CrMoAlA氮化钢，非传力齿轮也可以用铸铁、夹布胶木或尼龙等材料。

⑵齿轮的热处理

齿轮加工中根据不同的目的，安排两种热处理工序：

1）毛坯热处理：在齿坯加工前后安排预先热处理正火或调质，其主要目的是消除锻造及粗加工引起的残余应力、改善材料的可切削性和提高综合力学性能。

2）齿面热处理：齿形加工后，为提高齿面的硬度和耐磨性，常进行渗碳淬火、高频感应加热淬火、碳氮共渗和渗氮等热处理工序。

(3)齿轮毛坯

齿轮的毛坯形式主要有棒料、锻件和铸件。棒料用于小尺寸、结构简单且对强度要求低

的齿轮。当齿轮要求强度高、耐磨和耐冲击时，多用锻件，直径大于400～600mm 的齿轮，常用铸造毛坯。为了减少机械加工量，对大尺寸、低精度齿轮，可以直接铸出轮齿；对于小尺寸、形状复杂的齿轮，可用精密铸造、压力铸造、精密锻造、粉末冶金、热轧和冷挤等新工艺制造出具有轮齿的齿坯，以提高劳动生产率、节约

原材料。

三、齿坯的机械加工

1齿坯加工方案的选择

对于轴齿轮和套筒齿轮的齿坯，其加工过程和一般轴、套基本相似，现主要讨论盘类齿轮齿坯的加工过程。

齿坯的加工工艺方案主要取决于齿轮的轮体结构和生产类型。

⑴大批大量生产的齿坯加工

大批大量加工中等尺寸齿坯时，青年工人多采用“钻一拉一多刀车”的工艺方案：

1）以毛坯外圆及端面定位进行钻孔或扩孔；

2）拉孔；

3）以孔定位在多刀半自动车床上粗精车外圆、端面、切槽及倒角等。

这种工艺方案由于采用高效机床可以组成流水线或自动线，所以生产效率高。

⑵成批生产的齿坯加工成批生产齿坯时，常采用“车一拉一车”的工艺方案：

1）以齿坯外圆或轮毅定位，精车外圆、端面和内孔；

2）以端面支承拉孔(或花键孔)；

3）以孔定位精车外圆及端面等。

这种方案可由卧式车床或转塔车床及拉床实现。它的特点是加工质量稳定，生产效率较高。当齿坯孔有台阶或端面有槽时，可以充分利用转塔车床上的多刀来进行多工位加工，在转塔车床上一次完成齿坯的加工。

四、齿形的加工方法

齿形加工是整个齿轮加工的关键。按照加工原理，齿形加工可分为成形法和展成法两种。

指状铣刀铣齿、盘形铣刀铣齿、齿轮拉刀拉内齿轮等是成形法加工齿形的例子，而滚齿、剃

齿、插齿等是展成法加工齿形的例子。现介绍几种用展成法加工齿形的加工方法。

1滚齿

⑴滚齿特点

滚齿是齿形加工中生产率较高，应用最广的一种加工方法。而且滚齿加工通用

性好，可

加工圆柱齿轮、蜗轮等，亦可加工渐开线齿形、圆弧齿形、摆线齿形等。滚齿既可加工小模

数、小直径齿轮，又可加工大模数、大直径齿轮，加工斜齿也很方便。

滚齿可直接加工9～8级精度齿轮，也可作为7级精度以上齿轮的粗加工和半精加工。滚齿可以获得较高的运动精度。因滚齿时齿面是由滚刀的刀齿包络而成，参加切削的刀齿数有限，故齿面的表面粗糙度值较大。为提高加工精度和齿面质量，宜将粗、精滚齿分开。

⑵滚齿加工质量分析

1）影响传动准确性的加工误差分析

影响传动准确性的主要原因是，在加工中滚刀和被加工齿轮的相对位置和相对运动发生

了变化。相对位置的变化(几何偏心)产生齿轮径向误差，它以齿圈径向跳动ΔF r来评定；相对运动的变化(运动偏心)产生齿轮切向误差，它以公法线长度变动ΔF w来评定。现分别加以讨论：

①齿轮的径向误差。齿轮的径向误差是指滚齿时，由于齿坯的回转轴线与齿轮